CH627360A5

CH627360A5 - Dental handpiece

Info

Publication number: CH627360A5
Application number: CH336278A
Authority: CH
Inventors: Hiroshi Sugai; Shoji Nakayama
Original assignee: Morita Mfg
Priority date: 1977-04-01
Filing date: 1978-03-29
Publication date: 1982-01-15
Also published as: JPS53123596A; US4326846A; JPS5642941B2; DE2813783A1; DE2813783C2

Abstract

An air-driven, air-mounted dental handpiece has a considerably increased beneficial effect within an extended range of rotating speeds. This is effected by part-openings (3) in the turbine blades (21) which cause a flow-type connection between adjacent rotor chambers. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Dentalhandstück gemäss Oberbegriff des Patentanspruchs 1. The invention relates to a dental handpiece according to the preamble of patent claim 1.

Als Antriebsfluid wird normalerweise ein Gas wie Luft verwendet. Bekannte Hochgeschwindigkeits-Dentalhandstücke kommen schon bei verhältnismässig kleinen, in Gegenrichtung zur Drehrichtung wirkenden Belastungen, wie sie etwa beim Bohren eines Zahns auftreten, zum Stillstand. Die starke Ab-bremsung zeigt für den Fall der Luftlagerung die Kurve a der Fig. 6, die bei einer Ausgangsdrehzahl von etwa 500 000 U/min bereits bei 100 p endet. Das heisst, unterhalb von etwa 350 000 U/min sind bekannte, luftgelagerte Dentalhandstücke unbrauchbar. Die auf mittlere Drehgeschwindigkeiten (300 000 bis 400 000 U/min) ausgerichteten kugelgelagerten Dentalhandstücke kommen bei einer Belastung von 230 bis 250 p im Bereich 300 000 bis 350 000 U/min zum Stillstand. Die Rücksichtnahme auf diese Nachteile verlängert die Bearbeitungszeiten, wobei der Patient grössere Schmerzen zu ertragen hat und obendrein bei Zeittarif grössere Summen für die Behandlung zu zahlen hat. A gas such as air is normally used as the driving fluid. Known high-speed dental handpieces come to a standstill even at relatively small loads acting in the opposite direction to the direction of rotation, such as occur, for example, when drilling a tooth. The strong deceleration shows the curve a of FIG. 6 in the case of air bearing, which ends at 100 p at an output speed of about 500,000 rpm. This means that below about 350,000 rpm, known air-bearing dental handpieces are unusable. The ball-bearing dental handpieces, which are geared towards medium rotational speeds (300,000 to 400,000 rpm), come to a standstill at a load of 230 to 250 p in the range from 300,000 to 350,000 rpm. Taking these disadvantages into account extends the processing times, whereby the patient has to endure greater pain and, on top of that, has to pay larger sums for the treatment at the time tariff.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Dentalhandstücks der eingangs genannten Art, um die Nachteile bekannter Ausführungen zu vermeiden und um insbesondere eine grössere Schneidleistung zu erzielen, wenn möglich in einem grösseren Drehgeschwindigkeitsbereich. Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 definierten Massnahmen erreicht. The object of the invention is to create a dental handpiece of the type mentioned at the outset in order to avoid the disadvantages of known designs and in particular to achieve a greater cutting performance, if possible in a larger rotational speed range. This object is achieved by the measures defined in the characterizing part of patent claim 1.

Die Erfindung eignet sich sowohl für luftgelagerte wie auch für kugel- oder rollengelagerte Rotoren. Es werden keine zusätzlichen Bauteile benötigt, denn die beträchtlichen Vorteile werden durch besondere Formgebung der Schaufeln d.h. auf rein konstruktivem Wege erzielt. The invention is suitable for both air-bearing and ball-or roller-bearing rotors. No additional components are required, because the considerable advantages are due to the special shape of the blades, i.e. achieved in a purely constructive way.

Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen des Dentalhandstücks sind in den Ansprüchen 2 bis 5 umschrieben. Particularly advantageous embodiments of the dental handpiece are described in claims 2 to 5.

Um benachbarte Rotorkammern strömungsmässig miteinander zu verbinden, können die Aussparungen an den Stirnseiten gemäss Anspruch 4 oder am äusseren Umfang des Turbinenrotors gemäss Anspruch 5 angeordnet sein. In order to connect adjacent rotor chambers in terms of flow, the cutouts can be arranged on the end faces according to claim 4 or on the outer circumference of the turbine rotor according to claim 5.

Bevorzugte Ausführungsformen des Erfindungsgegenstands sind nachfolgend anhand der Zeichnungen näher beschrieben, dabei zeigen: Preferred embodiments of the subject matter of the invention are described in more detail below with reference to the drawings, in which:

Fig. 1 ein Dentalhandstück im Axialschnitt; 1 shows a dental handpiece in axial section.

Fig. 2 und 3 einen Turbinenrotor des Dentalhandstücks der Fig. 1 in schaubildlicher Darstellung bzw. Stirnansicht; FIGS. 2 and 3 a turbine rotor of the dental handpiece of FIG. 1 in a diagrammatic representation or end view;

Fig. 4 ein zweites Dentalhandstück im Axialschnitt; 4 shows a second dental handpiece in axial section;

Fig. 5 einen Turbinenrotor des Dentalhandstücks der Fig. 4 in schaubildlicher Darstellung; und 5 shows a turbine rotor of the dental handpiece of FIG. 4 in a diagrammatic representation; and

Fig. 6 ein Drehzahl-Last-Diagramm zur Erläuterung der Leistungsfähigkeit (Kurve a nicht erfindungsgemäss). Fig. 6 is a speed-load diagram to explain the performance (curve a not according to the invention).

Beim Dentalhandstück der Fig. 1 bis 3 ist der Rotor 2 luftgelagert, während letzterer beim Dentalhandstück der Fig. 4 und 5 kugelgelagert ist. In beiden Fällen weist das Dentalhandstück einen Schaft 1 eines Schneidwerkzeugs auf, der mittels einer Wellen Vorrichtung 5 abgestützt ist. Letztere weist die Welle 20 des Turbinenrotors 2 und Wellenhülsen 23, 22 auf, welche in bzw. über der Welle 20 angeordnet sind. Ein Lagerteil 6 weist einen radialen Spalt 7 auf, der im Abstand zwischen dem Lagerteil 6 und der Wellenvorrichtung 5 angeordnet ist, ferner einen Druckspalt 8, der im Abstand in bezug auf einen vertikalen Flansch 220 angeordnet ist. Zwischen einem Aussenläufer 62 des Lagerteils 6 und einem Gehäuse 9 sind O-Ringe 10 unter Druck festgehalten. Auf diese Weise ist der Lagerteil 6 mit dem Gehäuse 9 verbunden. Der Lagerteil 6 weist Lufteinströmöffnungen 11,12 auf, um Luft in die Spalte 7, 8 einströmen zu lassen. Ferner ist ein Luftzufuhrkanal 13 für die Turbinenschaufeln 21 vorgesehen, ein Entlüftungskanal 14, eine Luftzufuhrkanal 15 zum Lagerteil 6, ein Abschlussdeckel 16 und ein Luftabströmkanal 17 für den Lagerteil 6. Bei derartigen Dentalhandstücken wird bekanntlich Druckluft von den Zufuhrkanälen 13,15 zugeführt, um die Turbinenschaufeln 21 anzutreiben und um den Schaft 1 in den Spalten 7, 8 zu lagern. In Fig. 4 und 5 ist die Ausbildung ähnlich, jedoch ist die Wellenvorrichtung 5 mittels Kugellagern 4 abgestützt. Bei beiden Dentalhandstücken ist ferner die rechte Hälfte ähnlich ausgebildet wie die zugeordnete linke Hälfte. 1 to 3, the rotor 2 is air-bearing, while the latter is ball-bearing in the dental handpiece of FIGS. 4 and 5. In both cases, the dental handpiece has a shaft 1 of a cutting tool which is supported by a shaft device 5. The latter has the shaft 20 of the turbine rotor 2 and shaft sleeves 23, 22 which are arranged in or above the shaft 20. A bearing part 6 has a radial gap 7, which is arranged at a distance between the bearing part 6 and the shaft device 5, and also a pressure gap 8, which is arranged at a distance with respect to a vertical flange 220. O-rings 10 are held under pressure between an outer rotor 62 of the bearing part 6 and a housing 9. In this way, the bearing part 6 is connected to the housing 9. The bearing part 6 has air inflow openings 11, 12 in order to allow air to flow into the gaps 7, 8. Furthermore, an air supply duct 13 is provided for the turbine blades 21, a ventilation duct 14, an air supply duct 15 to the bearing part 6, an end cover 16 and an air outflow duct 17 for the bearing part 6. As is known, compressed air is supplied from the supply ducts 13, 15 to such dental handpieces in order to achieve the To drive turbine blades 21 and to store the shaft 1 in the columns 7, 8. 4 and 5, the design is similar, but the shaft device 5 is supported by means of ball bearings 4. In both dental handpieces, the right half is also designed similarly to the assigned left half.

Die Wirkungsweise ist folgende: The mode of action is as follows:

Die vom Kanal 13 unter Druck in die Rotorkammern 18 zugeführte Druckluft beaufschlagt nacheinander die Schaufeln 21, um den Rotor 2 zu drehen. Ein Teil dieser Luft geht nacheinander portionsweise durch entweder an den Stirnseiten (Fig. 1 bis 3) oder am äusseren Umfange des Turbinenrotors 2 (Fig. 4 und 5) im Abstand voneinander angeordnete Aussparungen 3, um benachbarte Rotorkammern strömungsmässig miteinander zu verbinden. The compressed air supplied from the channel 13 under pressure into the rotor chambers 18 successively acts on the blades 21 in order to rotate the rotor 2. A portion of this air is passed in portions one after the other through recesses 3, which are arranged at a distance from one another, either on the end faces (FIGS. 1 to 3) or on the outer circumference of the turbine rotor 2 (FIGS. 4 and 5), in order to connect adjacent rotor chambers with one another in terms of flow.

Bekanntlich wendet sich bei derartigen Turbinenanordnungen der grösste Teil der Luft, der mit den Turbinenschaufeln 21 in Berührung gekommen ist, gegen die innere Umfangs-wandseite des Gehäuses 9. Ein Teil des Moments wird auf diese Weise in ein Drehmoment für die Schaufeln 21 umgewandelt. Bei den bekannten Turbinenschaufeln wird im allgemeinen die Blindstruktur in bezug auf die Nachbarschaufeln innerhalb des Beaufschlagungsdruckbereichs der Luft angewendet. Die Luft, die nach der genannten Beaufschlagung der Turbinenschaufeln 21 ihre Richtung geändert hat, trifft dann sehr hart auf den inneren Umfang des Gehäuses 9. Die zu diesem Zeitpunkt erzeugte Reibung spendet das obengenannte Moment. Die Energie wird also verringert, die zur Erzeugung eines Drehmoments der Schaufeln 21 zur Verfügung steht. Auf diese Weise wird die Leistungsfähigkeit beim Schneiden auch stark herabgesetzt. Beim beschriebenen Dentalhandstück gelangt aber die Luft nach der Beaufschlagung einer Schaufel 21 teilweise durch deren Aussparung 3 hindurch in die in Drehrichtung benachbarte Rotorkammer 18 und trifft dort auf die nächste Schaufel der Rotorkammer. Auf diese Weise wird der Reibungsverlust der Energie gering, der aufgrund der Beaufschlagung des Gehäuses 9 erfolgt. Auf diese Weise wird es möglich, das Drehmoment des Rotors 2 ganz erheblich zu verbessern. As is known, in such turbine arrangements, the majority of the air that has come into contact with the turbine blades 21 is turned against the inner circumferential wall side of the housing 9. A part of the torque is converted in this way into a torque for the blades 21. In the known turbine blades, the blind structure with respect to the neighboring blades is generally applied within the pressure range of the air. The air, which has changed its direction after the said impingement of the turbine blades 21, then hits the inner circumference of the housing 9 very hard. The friction generated at this point in time donates the above-mentioned moment. The energy that is available for generating a torque of the blades 21 is thus reduced. In this way, the cutting performance is also greatly reduced. In the dental handpiece described, however, after a blade 21 has been acted upon, the air partially passes through its recess 3 into the rotor chamber 18 adjacent in the direction of rotation and meets the next blade of the rotor chamber there. In this way, the frictional loss of energy that occurs due to the action on the housing 9 becomes small. In this way, it becomes possible to considerably improve the torque of the rotor 2.

Die Kurve b in Fig. 6 gilt für das beschriebene Dentalhand5 The curve b in FIG. 6 applies to the dental hand 5 described

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

3 3rd

627 360 627 360

stück bei Luftlagerung und zeigt ein viel besseres Arbeitsverhalten als bekannte Dentalhandstücke dieser Art. Auf diese Weise ist das Schneiden jetzt nicht nur bei den bisher unzugänglichen Geschwindigkeiten von ungefähr 550 000 U/min, sondern auch bei mittleren Geschwindigkeiten und niederen Geschwindigkeiten bis herunter zu 100 000 U/min möglich. piece in air storage and shows a much better working behavior than known dental handpieces of this type. In this way, the cutting is now not only at the previously inaccessible speeds of approximately 550,000 rpm, but also at medium speeds and low speeds down to 100,000 RPM possible.

Im Drehzahl-Last-Diagramm der Fig. 6 liegt die Kurve b durchweg deutlich über der Kurve a, d.h. bei gleicher Last ist das übertragene Drehmoment deutlich grösser bzw. bei gleichem Drehmoment ist die Belastbarkeit deutlich besser. Ausserdem ist die Kurve b länger d.h. der Arbeitsbereich geht bis zu 160 p anstatt 100 p Belastung. Beim bekannten Dentalhandstück (Kurve a) bleibt der Rotor bei 100 p stehen und darunter ist seine Drehzahl durchweg deutlich kleiner als beim beschriebenen Dentalhandstück. Diese Tatsache genügt, um den durch die Erfindung erzielbaren Drehmomentanstieg zu erläutern. 6, curve b is clearly above curve a, i.e. with the same load, the transmitted torque is significantly higher or with the same torque, the load capacity is significantly better. In addition, curve b is longer i.e. the working range goes up to 160 p instead of 100 p load. In the known dental handpiece (curve a), the rotor stops at 100 p and below that, its speed is consistently significantly lower than in the dental handpiece described. This fact is sufficient to explain the torque increase that can be achieved by the invention.

Beim kugelgelagerten zweiten Dentalhandstück gemäss 5 Fig. 4 und 5 bleibt der Rotor bei 300 bis 380 g entsprechend 450 000 bis 350 000 U/min stehen (bekanntes kugelgelagertes Dentalhandstück: 230 bis 250 g entsprechend 350 000 bis 300 000 U/min). Das genügt, um die durch die Erfindung erzielbare Erweiterung des Arbeitsbereiches zu erläutern. Wie io schon erwähnt, werden alle diese Vorteile nur durch Formgebung, d. h. auf rein konstruktivem Wege erzielt. Die Anzahl, Ausbildung und Anordnung der Aussparungen können beliebig gewählt werden, um benachbarte Rotorkammern strömungsmässig zu verbinden. 4 and 5, the rotor stops at 300 to 380 g corresponding to 450,000 to 350,000 rpm (known ball-bearing dental handpiece: 230 to 250 g corresponding to 350,000 to 300,000 rpm). This is sufficient to explain the expansion of the work area that can be achieved by the invention. As already mentioned, all of these advantages are only achieved through shaping, i. H. achieved in a purely constructive way. The number, design and arrangement of the cutouts can be chosen as desired in order to connect adjacent rotor chambers in terms of flow.

s s

3 Blatt Zeichnungen 3 sheets of drawings

Claims

627 360

1. Dental handpiece with a turbine rotor (2) which can be driven at high speed by a pressurized drive fluid and which can be connected to the shaft (1) of a cutting tool, characterized in that the blades (21) of the turbine rotor (2) have cutouts for the drive fluid (3) which limit the working surfaces for the drive fluid.

2. Dental handpiece according to claim 1, characterized in that the turbine rotor is air-borne.

2nd

PATENT CLAIMS

3. Dental handpiece according to claim 1, characterized in that the turbine rotor is ball or roller mounted.

4. Dental handpiece according to claim 1, characterized in that the recesses (3) are arranged on the end faces of the turbine rotor (2) in order to connect adjacent rotor chambers in terms of flow (FIGS. 1 to 3).

5. Dental handpiece according to claim 1, characterized in that the recesses (3) on the outer circumference of the turbine rotor (2) are arranged in order to connect adjacent rotor chambers in terms of flow (Fig. 4 and 5).